2 feb. 2012
2 minuten
Voor het eerst sinds de ontdekking van grafeen is er een serieus toepasbare transistor gemaakt met het Nobelprijswinnende wondermateriaal. Dit is een belangrijke stap naar een nieuwe generatie computerchips die veel sneller zijn. Science publiceert een artikel, waaraan ook Radboud-hoogleraar Mikhail Katsnelson bijdroeg.
Grafeen geleidt zo goed dat het haast niet mogelijk is elektronen in het materiaal te stoppen. Dat was een groot probleem voor het toepassen van het materiaal – de tweedimensionale versie van koolstof – in elektronica. Maar nu is er een transistor gemaakt door het geleidende grafeen en molecuul-dunne laagjes isolerend boornitride of molybdeendisulfide op te stapelen. Door deze geheel nieuwe techniek zijn deze transistoren wel te combineren tot een groot geïntegreerd circuit.
Toen grafeen werd ontdekt werden de bijzondere elektronische eigenschappen van het materiaal al gauw duidelijk, mede met behulp van de Nijmeegse supermagneet en de Nijmeegse theoretisch fysicus Mikhail Katsnelson. Direct ontstonden er speculaties over het vervangen van siliciumchips door chips van grafeen. Die zouden namelijk veel en veel kleiner kunnen zijn dan van silicium. Hierdoor passen er meer schakelingen op een chip, die daardoor ook veel sneller kan zijn. Grote bedrijven als Samsung, IBM en Intel en andere doken op de mogelijkheden.
Essentiële stap
Maar voor een succesvolle toepassing in elektronica is het hoe dan ook nodig om te kunnen schakelen en versterken. Vanwege de eigenschappen van grafeen – elektronen vliegen erdoorheen alsof het letterlijk niks is – was het tot nu toe zeer lastig om een geschikte grafeentransistor te ontwerpen. In het nieuwe ontwerp, waarin de Nobelprijswinnaars Geim en Novoselov en hun vaste kompaan Katsnelson mede de hand hadden, zijn twee laagjes grafeen geïsoleerd tussen andere kristallen van één molecuul dik. Het grafeen – een positief geladen laagje en een negatief geladen laagje – krijgt zijn elektronen uit deze kristallen.
Groot potentieel
De onderzoekers zien een groot potentieel voor dergelijke transistoren in digitale elektronica. Verdere experimenten met stapelingen van andere materialen kunnen de resultaten nog verbeteren. Katsnelson was al eerder betrokken bij pogingen om een grafeentransistor te maken. In 2008 bijvoorbeeld door mini-stukjes grafeen te gebruiken. Toen zei hij: het is een mooi bewijs dat het kan, maar het is te vroeg om supercomputers van grafeen te beloven. Nu is hij aanzienlijk minder terughoudend: "Dit kon wel eens de doorbraak zijn in grafeenelektronica waar we al zeven, acht jaar op wachten."
Field‐effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures, Science 3-2-2012,
L. Britnell1, R. V. Gorbachev2, R. Jalil2, B. D. Belle2, F. Schedin2, A. Mishchenko1, T. Georgiou1, M. I. Katsnelson3, L. Eaves4, S. V. Morozov5, N. M. R. Peres6, J. Leist7, A. K. Geim1,2*, K. S. Novoselov1*, L. A. Ponomarenko1*
1 School of Physics & Astronomy, University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK
2 Manchester Centre for Mesoscience & Nanotechnology, University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK
3 Institute for Molecules and Materials, Radboud University of Nijmegen, 6525 AJ Nijmegen, The Netherlands
4 School of Physics & Astronomy, University of Nottingham, Nottingham NG7 2RD, UK
5 Institute for Microelectronics Technology, 142432 Chernogolovka, Russia
6 Departamento de Física, Universidade do Minho, P‐4710‐057, Braga, Portugal
7 Momentive Performance Materials, 22557 West Lunn Road, Strongsville, OH 44070, USA
Anderen lazen ook
